International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.2
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pp.254-263
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2015
In this study, numerical simulations are carried out to investigate the dynamic SGS model effects in a Kerosene-LOx coaxial swirl injector under high pressure conditions. The turbulent model is based on large-eddy simulation (LES) with real-fluid transport and thermodynamics. To assess the effect of the dynamic subgrid-scale (SGS) model, the dynamic SGS model is compared with that of the algebraic SGS model. In a swirl injector under supercritical pressure, the characteristics of temporal pressure fluctuation and power spectral density (PSD) present comparable discrepancies dependant on the SGS models, which affect the mixing characteristics. Mixing efficiency and the probability density (PDF) function are conducted for a statistical description of the turbulent flow fields according to the SGS models. The back-scattering of turbulent kinetic energy is estimated in terms of the film thickness of the swirl injector.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.8
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pp.1132-1140
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1998
The disintegration process of initial spray from high-pressure swirl injector was investigated at different injection pressures. The transient breakup phenomena that were difficult to observe at high injection pressure were easily observed at the low injection pressure of 0.4MPa. The effect of fuel remained inside a nozzle hole volume on the penetration of initial spray was also investigated. The disintegration process of initial spray could be classified four regions: the formation of mushroom shape, the first collision, the second collision, and the development of spray, The liquid film of cup shape was particularly found in the second collision region, and the growth ratio of its length and width at low and high injection pressures were compared.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.6
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pp.9-21
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2000
In this study, the characteristics of high-pressure swirl injector have been studied using a commercial CFD code, STAR-CD and experiment to investigate the effect of the length of orifice and swirl port on the spray characteristics. Influences of swirl port angle and initial conditions have also been examined in terms of penetration depth and Sauter`s mean diameter. Computed results of the spray characteristics are compared with experimental results. The results show that the tangential velocity at the nozzle exit decreases, but the axial velocity increases as swirl port angle is increased. Hence, the static flow rate increases, but the initial spray angle decreases with increasing the swirl port angle. It is also shown that the values of the initial SMD used as input data for spray simulation influences the penetration depth and SMD. The spray pattern from the present numerical simulation agrees well with experimental result.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.228-233
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2004
The spray and acoustic characteristics by the self-oscillation of a swirl coaxial injector were experimentally studied. The self-oscillation of a swirl coaxial injector is defined as pressure and flowrate oscillations by a time-delayed feedback between liquid and gas phase and has strong influences on atomization and mixing processes. Hence the occurrence and effect of the self-oscillation are measured using shadow photography technique, acoustic test and PDPA. The occurrence of self-oscillation largely depends on the injection conditions, such as pressure drop of liquid phase and relative momentum ratio. From the experimental results, self-oscillation occurs when the momentum of gas phase is enough large and the smaller the pressure drop of liquid phase is, the better self-oscillation occurs at the same momentum ratio. The self-oscillation is also affected by injector geometries, increasing the recess length results in the expansion of self-oscillation region and the increase of sound pressure level. The self-oscillation of a swirl coaxial injector accompanies a high intensity scream and this scream may provide harmful disturbances to combustion processes. Self-oscillation leads to strong changes in the drop size distribution and smoothly varies the slope of radial SMD distribution.
Kim, Seung-Han;Han, Yeoung-Min;Seo, Seong-Hyeon;Moon, Il-Yoon;Lee, Kwang-Jin
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2006.08a
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pp.451-454
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2006
This paper describes the results of cold flow test and hot firing tests of an uni-element coaxial swirl injector and hot firing tests of a subscale combustor, as to the development effort of coaxial swirl injector for high performance liquid rocket engine combustor. A major design parameter for coaxial swirl injector is the recess number of a bi-swirl injector. The results of hot firing tests of the uni-element injector combustor and the sub-scale combustor are analyzed to investigate the effect of the recess number influencing on the combustion performance and pressure fluctuation. The test results of a cold flow test of the unielement combustor shows that it was shown that the change in recess number has significant effect on mixing characteristics and efficiency, while the effect of recess number on atomization characteristic is not The results of a series of firing tests using unielement and subscale combustor show that the recess length significantly affects the hydraulic characteristics, the combustion efficiency, and the dynamics of the liquid oxygen/kerosene bi-swirl injector. As a point of combustion performance, combustion efficiencies are 90% for unielement combustor and 95% for subscale combustor. The difference in the characteristic velocities between the unielement combustor and the subscale combustor may be caused by the difference in thermal loss to the combustor wall and the relative lengths of the combustion chamber. For a mixed type coaxial swirl combustor, the pressure drop across the injector increases as recess number becomes larger. The low frequency pressure fluctuation observed in unielement combustor can be related to the propellant mixing characteristics of the coaxial bi-swirl injector. The effect of the recess number on the pressure fluctuation inside the combustion chamber is more significant in un i-element combustor than the subscale combustor, of which the phenomena are also observed in time domain and frequency domain.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.5
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pp.28-35
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2000
As a second part of the comparison study, microscopic features of an air-assisted fuel injector(AAFI) and a high-pressure swirl injector (HPSI) were characterized. They consist of the internal spray structure in terms of fuel mass and drop diameter, the overall atomization performance with respect to operating parameters and the drop size distribution. Large droplets are concentrated in around the head part of a spray field of the HPSI, while in the case of the AAFI, they were distributed in the tail part. Although the AAFI showed the better atomization performance, the feasible ranges of operating parameters such as injection and ambient pressure were found to be wider in the HPSI. Drop size distribution of the AAFI sprays was more dispersed than that of the HPSI. Drop size distribution of the AAFI sprays was more dispersed than that of the HPSI. However, at the well-atomized condition, it appeared to be very uniform.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.5
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pp.20-27
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2000
Characteristics of two favorite injection tools for gasoline direct injection application were compared. An air-assisted fuel injector (AAFI) and a high-pressure swirl injector (HPSI) were designed and fabricated for prototype development, and the characterization strategies and processes for both injection tool have been arranged in parallel. Characterization works were carried out mainly through measurements, and in some cases, computational fluid dynamic analysis was utilized. In this paper, overall characteristics defined as flow rate, spray pattern, penetration, internal spray structure and drop size distribution, was discussed. The AAFI was found to be advantageous in flexibility of fuel flow rate, and the HPSI in stability and precision. Spray shape factor was introduced to describe the development of intermittent sprays from both injectors. Axial penetration appeared to be almost linear in the case of the AAFI while its speed continuously decreased with time in the HPSI.
In this paper, the atomization characteristics of bi-swirl coaxial injectors for a 420 N-class bipropellant thruster were investigated. Three types of injectors, namely closed-type, open-type, and screw-type, were manufactured and designed to have the same spray angle and injection pressure drop. Water was used as a simulant, and cold-flow tests were conducted under ambient temperature and pressure conditions. Since the inner and outer injectors were designed to be the same type, only the inner fuel injectors that were easy to measure were used. Using a phase doppler particle analyzer, the velocity and diameter of atomized droplets were measured. Closed-type swirl injector exhibited droplet distributions with relatively high velocities and small SMD compared to the other two injectors. Open-type swirl injector formed droplets with reverse velocities in the center region and had a large recirculation zone. Screw-type swirl injector showed a sharp decrease in droplet velocity and size with radial distance from the liquid film breakup point. For the same design requirements, the closed-type swirl injector has superior atomization performance.
Seo, Seong-Hyeon;Lee, Kwang-Jin;Han, Yeoung-Min;Kim, Seung-Han;Kim, Jong-Gyu;Seol, Woo-Seok
한국연소학회:학술대회논문집
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2003.12a
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pp.131-136
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2003
Experimental study on combustion characteristics of double swirl coaxial injectors has been conducted for the assessment of critical design parameters of injectors. A subscale thrust chamber has been fabricated with a water-cooled copper nozzle, which allows a chamber to be reused without replacing parts. Two different designs of injectors have been tested for the understanding of the effects of recess length on combustion. Clearly, the recess length drastically affects the combustion efficiency and hydraulic characteristics of the injector. Internal mixing of propellants in the injector with the recess number of two increases a combustion efficiency and reveals sound combustion although a pressure drop required for the similar amount of mass flow rates increases compared with the injector of the recess number of one.
This paper describes spray characteristics of a swirl injector which is intended for use in a HCCI engine. Many optical diagnostics such as laser diffraction methods, and high speed camera photography are applied to measure the spray drop diameter and to investigate the spray development process. The effect of fuel properties on the spray characteristics was investigated using three different fuels because HCCI combustion is tolerant of the chemical composition of various fuels. From these results, the HCCI injector formed a hollow cone sheet spray rather than a liquid jet and the atomization efficiency is high for the low-pressure injector. The SMD of test injector was ranged from $15{\mu}m$${\mu}m$ We also found that the spray breakup characteristics were dependent on the fuel properties such as density, viscosity, and surface tension.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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